Hogyan működik és működik a rövidzárlat elleni védelem

A "zárlat" kifejezés az elektrotechnikában a feszültségforrások vészhelyzeti működésére utal. Az energiaátvitel technológiai folyamatainak megsértése esetén fordul elő, amikor egy működő generátor vagy kémiai elem kimeneti kapcsai rövidre zárnak (zárlat).

Ebben az esetben a forrás teljes teljesítménye azonnal a rövidzárlatra kerül. Hatalmas áramok áramlanak át rajta, ami megégetheti a berendezéseket és elektromos sérüléseket okozhat a közelben élőknek. Az ilyen incidensek kialakulásának megállítására speciális védelmet alkalmaznak.

Milyen típusai vannak a rövidzárlatoknak

Természetes elektromos anomáliák

Villámkisülések során jelennek meg kíséretében erős villám.

Kialakulásuk forrásai a nagy potenciálú, különböző előjelű és nagyságú statikus elektromosság, amelyet a felhők halmoznak fel, amikor a szél nagy távolságra mozgatja őket. A természetes lehűlés hatására a magasságba emelkedve a felhők nedvessége lecsapódik, esőt képezve.

A párás környezet alacsony elektromos ellenállással rendelkezik, ami villámcsapás formájában megszakítja a légszigetelést az áram áthaladásához.

Az elektromos kisülés két különböző potenciálú tárgy között csúszik:

• a közeledő felhőkön;

• zivatarfelhő és a talaj között.

Az első típusú villámlás veszélyes a repülőgépekre, a földre történő kisülés pedig tönkreteheti a fákat, épületeket, ipari létesítményeket, légvezetékeket. Az ellene való védelem érdekében villámhárítókat szerelnek fel, amelyek egymás után a következő funkciókat látják el:

1. a villámpotenciál vétele, vonzása egy speciális levezetőhöz;

2. a vett áram átvezetése egy vezetéken keresztül az épület földelő áramkörébe;

3. a nagyfeszültségű kisülés kisülése ebből az áramkörből a testpotenciálra.

Rövidzárlatok egyenáramban

A galvanikus feszültségforrások vagy egyenirányítók különbséget hoznak létre a kimeneti érintkezők pozitív és negatív potenciáljai között, ami normál körülmények között biztosítja az áramkör működését, például egy villanykörte izzását akkumulátorról, amint az az alábbi ábrán látható.

Az ebben az esetben lezajló elektromos folyamatokat egy matematikai kifejezés írja le Ohm törvénye a teljes áramkörre.

A forrás elektromotoros ereje úgy oszlik el, hogy terhelést hozzon létre a belső és a külső áramkörökben, leküzdve azok «R» és «r» ellenállását.

Vészhelyzetben nagyon alacsony elektromos ellenállású rövidzárlat lép fel az akkumulátor «+» és «-» kapcsai között, ami gyakorlatilag leállítja az áram áramlását a külső áramkörben, deaktiválva az áramkör ezen részét. Ezért a névleges módusra vonatkozóan feltételezhetjük, hogy R = 0.

Az összes áram csak a belső áramkörben kering, amelynek kis ellenállása van, és az I = E / r képlet határozza meg.

Mivel az elektromotoros erő nagysága nem változott, az áram értéke nagyon meredeken növekszik. Egy ilyen rövidzárlat átfolyik a zárlatos vezetéken és a belső hurkon, hatalmas hőfejlődést okozva bennük, majd szerkezeti károsodást.

Rövidzárlatok az AC áramkörökben

Az összes elektromos folyamatot itt is az Ohm-törvény írja le, és hasonló elv szerint megy végbe. Az áthaladásuk jellemzői megkövetelik:

• egyfázisú vagy háromfázisú hálózatok használata különböző konfigurációkkal;

• földhurok jelenléte.

Rövidzárlatok típusai váltóáramú áramkörökben

Rövidzárlati áramok a következők között fordulhatnak elő:

• fázis és föld;

• két különböző fázis;

• két különböző fázis és földelés;

• három fázis;

• három fázis és a föld.

A villamos energia légvezetékeken történő átviteléhez az energiarendszerek eltérő semleges csatlakozási sémát alkalmazhatnak:

1. elszigetelt;

2. süketföldelt.

Mindegyik esetben a rövidzárlati áramok saját útvonalat alkotnak, és eltérő értékkel rendelkeznek. Ezért az elektromos áramkör összeszerelésének összes fenti lehetőségét és a bennük lévő rövidzárlati áramok lehetőségét figyelembe veszik az áramvédelmi konfiguráció létrehozásakor.

Rövidzárlat előfordulhat elektromos fogyasztóknál is, például egy villanymotornál. Az egyfázisú szerkezeteknél a fázispotenciál áttörhet a szigetelőrétegen a házig vagy a nullavezetőig.Háromfázisú elektromos berendezésekben további hiba léphet fel két vagy három fázis között, vagy ezek kombinációi között a kerettel / földeléssel.

Mindezekben az esetekben, akárcsak az egyenáramú áramkörökben bekövetkező rövidzárlat esetén, nagyon nagy nagyságú rövidzárlati áram fog átfolyni a kialakult rövidzáron és a hozzá kapcsolódó teljes áramkörön a generátoron, vészüzemet okozva.

Ennek megakadályozására olyan védelmet alkalmaznak, amely automatikusan eltávolítja a feszültséget a megnövekedett áramnak kitett berendezésekről.

Hogyan válasszuk ki a rövidzárlat elleni védelem működési határait

Minden elektromos készüléket úgy terveztek, hogy a feszültségosztályukban meghatározott mennyiségű villamos energiát fogyasztson. Elfogadott, hogy a terhelést nem teljesítmény, hanem áram alapján értékelik. Könnyebb mérni, ellenőrizni és védelmet teremteni ellene.

A képen a berendezés különböző üzemmódjaiban előforduló áramok grafikonjai láthatók. Számukra kiválasztják a védőeszközök beállításának és beállításának paramétereit.

A barna színű grafikon a névleges üzemmód szinuszhullámát mutatja, amelyet az elektromos áramkör tervezésénél kezdetiként választanak ki, figyelembe véve a vezetékek teljesítményét és az áramvédelmi eszközök kiválasztását.

Ipari frekvencia szinuszhullám 50 hertz ebben az üzemmódban mindig stabil, és egy teljes oszcilláció periódusa 0,02 másodperc alatt következik be.

Az üzemmód szinuszhulláma kék színnel látható a képen. Általában kisebb, mint a névleges harmonikus. Az emberek ritkán használják ki a rájuk rendelt kapacitás minden tartalékát.Például, ha egy ötkarú csillár lóg egy szobában, akkor gyakran egy izzócsoportot használnak a világításhoz: kettő vagy három, nem mind az öt.

Annak érdekében, hogy az elektromos készülékek megbízhatóan működjenek névleges terhelés mellett, kis áramtartalékot képeznek a védelem beállításához. Azt az áramerősséget, amelynél alkalmazkodnak a kioldáshoz, alapjelnek nevezzük. Amikor eléri, a kapcsolók feszültséget vonnak le a berendezésből.

A névleges üzemmód és az alapjel közötti szinuszos amplitúdók tartományában az áramkör enyhe túlterhelési üzemmódban működik.

A hibaáram lehetséges időkarakterisztikája a grafikonon fekete színnel látható. Az amplitúdója meghaladja a védelmi beállítást, és az oszcillációs frekvencia drámaian megváltozott. Általában időszakos jellegű. Minden félhullám nagysága és frekvenciája változik.

Túláramvédelmi algoritmus

Mindegyik rövidzárlatvédelem három fő működési szakaszt tartalmaz:

1. a felügyelt áram szinuszos állapotának folyamatos ellenőrzése és a meghibásodás pillanatának meghatározása;

2. a helyzet elemzése és a logikai részből parancs kiadása a végrehajtó szervnek;

3. feszültségleadás a berendezésről kapcsolókészülékek segítségével.

Sok eszközben egy másik elemet használnak - a válaszidő késleltetés bevezetését. A szelektivitás elvének biztosítására használják összetett, elágazó áramkörökben.

Mivel a szinuszhullám 0,005 mp alatt éri el amplitúdóját, ez az időtartam legalább szükséges ahhoz, hogy a védelmek megmérjék. A munka következő két szakaszát szintén nem hajtják végre azonnal.

Ezen okok miatt a leggyorsabb áramvédelmek teljes működési ideje valamivel kevesebb, mint egy harmonikus rezgés 0,02 másodperces periódusa.

A rövidzárlat elleni védelem tervezési jellemzői

Az egyes vezetékeken átfolyó elektromos áram a következőket okozza:

• a vezető hőmelegítése;

• mágneses teret irányít.

Ezt a két intézkedést veszik alapul a védőeszközök tervezésénél.

Áramvédelem

A Joule és Lenz tudósok által leírt áram termikus hatását a biztosítékok védelmére használják.

Biztonsági őr

Ennek alapja egy biztosíték beépítése az áramútba, amely optimálisan elviseli a névleges terhelést, de túllépéskor kiég, megszakítva az áramkört.

Minél nagyobb a vészáram értéke, annál gyorsabban jön létre az áramköri megszakítás - eltávolítva a feszültséget. Ha az áramerősséget kissé túllépik, hosszú idő után kikapcsolhat.

A biztosítékok sikeresen működnek elektronikus eszközökben, autók elektromos berendezéseiben, háztartási készülékekben, ipari berendezésekben 1000 V-ig. Néhány modelljüket nagyfeszültségű berendezések áramköreiben használják.

Az áram elektromágneses hatásának elvén alapuló védelem

Az áramvezető vezeték körül mágneses mező indukálásának elve lehetővé tette az elektromágneses relék és kapcsolók hatalmas osztályának létrehozását egy kioldótekercs segítségével.

Tekercse egy magon található - egy mágneses áramkörön, amelyben minden egyes fordulatból mágneses fluxusok adódnak. A mozgatható érintkező mechanikusan kapcsolódik az armatúrához, amely a mag lengő része. A rugó ereje rányomja az álló érintkezőre.

A spirál tekercs menetein átfolyó névleges áram olyan mágneses fluxust hoz létre, amely nem tudja legyőzni a rugó erejét. Ezért az érintkezők véglegesen zárva vannak.

Vészáramok esetén az armatúra a mágneses áramkör álló részéhez vonzódik, és megszakítja az érintkezők által létrehozott áramkört.

A képen látható az egyik típusú megszakító, amely a védett áramkör elektromágneses feszültségének eltávolításán alapul.

Használja:

• a vészhelyzeti üzemmódok automatikus leállítása;

• elektromos ívoltó rendszer;

• kézi vagy automatikus indítás.

Digitális rövidzárlat elleni védelem

Az összes fent tárgyalt védelem analóg értékekkel működik. Ezek mellett az utóbbi időben az iparban és különösen az energiaszektorban a munka alapján aktívan bevezetik a digitális technológiákat mikroprocesszoros eszközök és statikus relék. A háztartási igényekhez ugyanazokat az egyszerűsített funkciókkal rendelkező eszközöket gyártják.

A védett áramkörön áthaladó áram nagyságának és irányának mérését egy beépített lecsökkentő áramváltó végzi nagy pontossággal. Az általa mért jelet szuperpozícióval digitalizáljuk nagyfrekvenciás téglalap alakú impulzusok az amplitúdómoduláció elve szerint.

Ezután a mikroprocesszor védelmének logikai részére kerül, amely egy bizonyos, előre konfigurált algoritmus szerint működik. Vészhelyzet esetén a készülék logikája parancsot ad a leállító aktuátornak, hogy távolítsa el a feszültséget a hálózatról.

A védelmi művelethez tápegységet használnak, amely a hálózatról vagy autonóm forrásokból veszi a feszültséget.

A digitális rövidzárlatvédelem számos funkcióval, beállítással és képességgel rendelkezik, egészen a hálózat vészhelyzetének regisztrálásáig és a leállási módig.